Ilustracja postępu w TOKAMAK-ach. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 1

Ilustracja postępu w TOKAMAK-ach 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 1

Ilustracja postępu w TOKAMAK-ach c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 2

Historia i plany rozwoju TOKAMAK-ów 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 3

JET-Joint European Tokamak Największy z istniejących doświadczalnych tokamaków Zbudowany w 1983 w Culham (W. Brytania) Osiągnął rekordową moc syntezy d+t: około 16 MW uzyskiwane w ciągu 1 sekundy Służy jako podstawa do planowania budowy reaktora ITER International Thermonuclear Experimental Reactor ( iter po łacinie znaczy droga ) - w Cadarache (południowa Francja) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 4

ITER Międzynarodowy projekt, który ma trwać 30 lat 10 lat budowa + 20 lat pracy reaktora Pierwszy zapłon przewidziany na 2016 r. Przy każdym zapłonie ma wydzielać się moc 500 MW przez około 500 sekund Energia będzie się wydzielać tylko w postaci ciepła (nie przewidziana zamiana ciepła na energię elektryczną) Projekt ma pokazać możliwość produkcji energii na wielką skalę z reakcji fuzji 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 5

ITER-państwa biorące udział w projekcie 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 6

ITER Cewki toroidalne i komora próżniowa Pracownik obsługi 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 7

ITER Cewki poloidalne i komora próżniowa Pracownik obsługi 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 8

ITER Plazma i główne (wybrane) podłączenia do komory Pracownik obsługi 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 9

ITER schemat całego reaktora Pracownik 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 10

ITER-przekrój plazma 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 11

ITER widok całości obiektu 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 12

ITER miejsce budowy 2010 r. basen na wodę burzową miejsce budowy 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 13

ITER-wykop pod reaktor X.2010 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 14

ITER-wykop pod reaktor X.2010 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 15

ITER-wykop pod reaktor grudzień 2010 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 16

Budowa ITER Lipiec 2010, Cadarache, 42 ha Betonowe fundamenty zakończone w kwietniu 2012 1. Amount of steel reinforcement: 3,400 tons 2. Concrete required: 110,000 cubic metres 3. Thickness of Seismic Pit basemat: 1.5 metres 4. Thickness of Tokamak Complex basemat: 1.5 metres 5. Thickness of retaining walls: from 1.5 metres (bottom) to 0.5 metres (top) 6. Maximum pour per day: 800 cubic metres 7. Number of seismic pads supporting the Tokamak Complex: 493 8. Seismic pad fabrication sites: Romania and France 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 17

ITER-ściany oporowe podziemi-fundamenty styczeń 2012 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 18

luty 2012 ITER: jeden z 493 fundamentów 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 19

Fundamenty ITER - marzec 2012 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 20

kwiecień 2012 ITER-całość fundamentów 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 21

ITER-budynek dla cewek poloidalnych grudzień 2010 r. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 22

ITER-budynek poloidalnych cewek Budynek gotowy w styczniu 2012 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 23

ITER-wnętrze budynku poloid. cewek dżwig-suwnica ważący 90 ton 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 24 uchwyt na cewki

ITER-uchwyt na cewki poloidalne 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 25

Budowa ITER By mid-april 2012, the ground support structure for the Tokamak Complex basemat, 493 columns and seismic bearings, and retaining walls was in place. The next step will be formwork and reinforcement for the Tokamak Complex basemat, the actual floor of the installation that will rest on the seismic bearings. Work is also scheduled to begin on the foundation of the Assembly Hall, which will be erected adjacent to the Tokamak Complex 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 26

Reakcje termojądrowe w ITER Zakłada się, że w ITER i w DEMO wykorzystywana będzie fuzja deuteru i trytu Deuter można łatwo uzyskać z wody morskiej gdzie na 1m 3 przypada 33 gramy deuteru Tryt (niestabilny) można otrzymać z reakcji Gdzie lit można także otrzymać z wody morskiej (na 1m 3 przypada 0,17 grama litu) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 27

Reakcje termojądrowe w ITER Podstawowa reakcja produkuje wysokoenergetyczne neutrony Zabierają one 80% całej energii bo prawo zachowania energii i pędu narzuca relacje między energią neutronu i alfy: 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 28

ITER: neutrony z podstawowej reakcji Są kłopotliwe bo mogą powodować radioaktywność całego reaktora Mogą być wykorzystane do produkcji paliwa (trytu, który jest niestabilny radioaktywny i dlatego trudno go przechowywać i transportować) z reakcji wtórnej : Wystarczy otoczyć reaktor warstwą litu 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 29

Reakcje termojądrowe w ITER 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 30 wytworzony tryt n Li

ITER: problemy techniczne Reaktory oparte na metodzie TOKAMAK wymagają spełnienia wielu trudnych do realizacji warunków 1. Plazma musi być uwięziona w próżni brak kontaktu ze ścianami 2. Plazma musi być podgrzewana aby spełnione były warunki reakcji 3. Ciepło i produkty reakcji (w szczególności neutrony) muszą być wyprowadzane w sposób bezpieczny 4. Paliwo musi być dostarczane w miarę potrzeby Wszystko to wymaga stałej kontroli na bieżąco 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 31

ITER: kriostat ( cryostat ) W ITER cała konstrukcja magnesów nadprzewodzących i próżniowej komory będzie umieszczona w stalowym kriostacie osłoniętym betonową (2m) osłoną biologiczną Zapewnia temperaturę 70 K (4K dla elektromagnesów) 28.6 m 29.3 m 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 32

ITER: komora próżniowa (vacuum vessel) Komora próżniowa to, stalowa, szczelna konstrukcja we wnętrzu której przebiegają reakcje fuzji. Rysunek: obudowa komory próżniowej 19 m 11 m 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 33

ITER: komora próżniowa c.d. Przez obudowę płynie chłodząca woda Wewnątrz: Szczelny pojemnik - komora próżniowa ( vacuum vessel ), w którym znajduje się plazma Płaszcz ( blanket ) chroniący przed neutronami Wymiennik ( divertor ) odprowadzający produkty reakcji (hel ew. tryt) i ciepło Te elementy ważą ponad 5000 ton 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 34

ITER: komora próżniowa c.d. Przekrój przez komorę próżniową Płaszcz ( blanket ) Wymiennik ( divertor ) Doprowadzenia ( ports ) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 35

ITER: komora próżniowa c.d. Do komory próżniowej dołączonych jest 44 doprowadzeń ( ports ) dla Systemu próżniowego ( vacuum system ) Ogrzewania plazmy ( heating ) Diagnostyki ( diagnostics ) Zdalnego sterowania ( remote handling ) Całość komory próżniowej waży około 8000 ton co nieco przekracza wagę wieży Eiffla 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 36

ITER: komora próżniowa ports Na rysunku pokazano cały system doprowadzeń ( ports ) 18 od góry, 17 poziomych i 9 od dołu 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 37

ITER: płaszcz ( blanket ) Komora próżniowa jest otoczona przez płaszcz Pokrywa wewnętrzną część komory próżniowej Chroni komorę i elektromagnesy nadprzewodzące przed Ciepłem Neutronami Część modułów służy do produkcji trytu 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 38

ITER: płaszcz ( blanket ) c.d. Płaszcz składa się z 440 segmentów o wymiarach 1 x 1.5 m i masie do 4600 kg Wewnętrzna część segmentu zbudowana z berylu (Be) - jest wymienna i służy do ochrony przed nagrzewaniem Zewnętrzna część zbudowana z miedzi i stali, które spowalniają neutrony, zamieniając ich energię kinetyczną na ciepło, które jest odbierane przez chłodziwo W niektórych segmentach zewnętrzna część będzie służyć do wytwarzania trytu 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 39

ITER: wymiennik ( divertor ) Wymiennik podstawowa część reaktora ma zabierać ciepło od plazmy a także produkty fuzji głównie hel Zbudowany ze stali i z materiału z odpornego na wysoką temperaturę (do 3000 stopni) np. z wolframu lub kompozytu węglowego CFC (mniej trwały ale lepiej przewodzi ciepło) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 40

ITER: wymiennik ( divertor ) c.d. Zbudowany z 54 kaset usuwanych przy pomocy zdalnego sterowania Każda kaseta składa się z trzech części stykających się powierzchnią z plazmą 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 41

ITER: układy podgrzewania plazmy Temperatura wewnątrz plazmy powinna osiągnąć wartość 150 milionów stopni Celsjusza Przewidziano trzy systemy podgrzewania plazmy ( external heating systems ) o mocy 50 MW Dwa źródła fal elektromagnetycznych o dużej częstości (podgrzewające elektrony i jony) oraz Wiązki neutralnych cząstek, przy czym rozważa się dwa stałe źródła cząstek oraz jedno działające tylko dla celów diagnostycznych 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 42

ITER: układy podgrzewania plazmy c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 43

ITER: układy podgrzewania plazmy c.d. Wiązka neutralnych cząstek ( neutral beam injection ) zderzając się z cząstkami plazmy przekazuje im swoją energię kinetyczną Neutralnymi cząstkami są atomy deuteru Przed wstrzyknięciem ich do plazmy należy je przyspieszyć do energii około 1 MeV, co technicznie można zrealizować tylko z jonami (dodatnimi lub ujemnymi) Przyspieszone polem elektrycznym jony muszą być zneutralizowane przed wejściem w plazmę bo w innym razie zostaną odrzucone z właściwego kierunku przez pole magnetyczne tokamaka 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 44

ITER: układy podgrzewania plazmy c.d. Widok akceleratora jonów i neutralizatora 5.3 m 35 m 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 45

ITER: układy podgrzewania plazmy c.d. Dobierając częstość fal radiowych wywołuje się rezonans w ruchu jonów (podgrzewanie jonowe ion cyclotron resonance heating = ICRH) lub rezonans w ruchu elektronów (podgrzewanie elektronowe electron cyclotron resonance heating = ECRH) Obie te metody są analogią kuchenki mikrofalowej ICRH powstaje dla częstości 40 55 MHz ECRH pojawia się dla częstości 170 GHz 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 46

ITER: układy podgrzewania plazmy c.d. Fale radiowe dla podgrzewania jonowego wymagają przesyłania przez specjalną linię przesyłową do komory próżniowej i umieszczenia tam specjalnej anteny Fale radiowe dla podgrzewania elektronowego mogą być przesyłane w powietrzu co ułatwia konstrukcję i obsługę źródła fal (daleko od plazmy) Dodatkowo podgrzewanie elektronowe można tak zorganizować, że podgrzewane są wybrane miejsca wewnątrz plazmy co zapobiega ochładzaniu plazmy w tych miejscach 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 47

ITER: diagnostyka ( diagnostics ) Około 50 niezależnych układów pomiarowych mierzących np. Strumień neutronów Strumień cząstek nienaładowanych Zanieczyszczenia plazmy Temperaturę itd. itd Wszystkie te układy będą pracować w warunkach kilka lub kilkadziesiąt razy trudniejszych niż najgorsze warunki spotykane do tej pory w technice 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 48

ITER: diagnostyka ( diagnostics ) c.d. Przykład podłączenia systemów diagnostycznych 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 49

ITER: magnesy ( magnets ) Pole magnetyczne w tokamaku uformowane jest przez trzy systemy magnesów: 18 toroidalnych (6540 ton) 6 poloidalnych 1 centralny (pionowo ustawiony) solenoid 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 50

ITER: magnesy ( magnets ) c.d. Przewód używany przy budowie toroidalnych cewek ze stopu Nb 3 Sn 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 51

ITER: magnesy ( magnets ) c.d. Magnesy poloidalne (na zewnątrz toroidalnych) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 52

ITER: magnesy ( magnets ) c.d. Centralny solenoid 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 53

ITER: system próżniowy ( vacuum system ) Nie tylko cała komora próżniowa (1400 m 3 ) ale także kriostat (8500 m 3 ) umieszczone są w próżni (milion razy mniejsze ciśnienie od atmosferycznego) Jest to największy dotąd na świecie obszar sztucznej próżni. Pompowanie powietrza może trwać nawet 2 doby 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 54

ITER: chłodzenie wodą ( cooling water ) Obudowa komory próżniowej i inne układy są chłodzone wodą (33m 3 /s) aby usunąć wydzielaną moc średnio 500 MW. Trzy obiegi wodne 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 55

ITER: chłodzenie wodą ( cooling water ) Woda, która zostanie wyparowana z wież chłodniczych będzie uzupełniana wodą z Canal de Provence Woda, która usuwana jest z układu chłodniczego umieszczana jest w odstojnikach, z których może być dalej przesłana do rzeki Durance dopiero gdy spełnia ostre wymagania ekologiczne (temperatura < 30 C, właściwe ph, właściwy poziom węglowodorów, chlorków, siarczków i trytu) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 56

ITER: zasilanie ( power supply ) Pobierana moc od 110 kw do 640 kw (podczas istnienia plazmy) Dwa układy zasilania: Jeden - ze stałą mocą to system kriostatu i chłodzenia wodą Drugi ze zmienną mocą to elektromagnesy i podgrzewanie plazmy W przypadku awarii sieci elektrycznej będą działać dwa generatory prądotwórcze 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 57

ITER: zdalna obsługa ( remote handling ) Po uruchomieniu reaktora nie będzie możliwy bezpośredni dostęp do elementów reaktora np. wymiana elementu płaszcza (rysunek). Elementy wymagające naprawy lub wymiany będą usuwane przez ports i transportowane w zamkniętych pojemnikach do oddzielnego budynku zwanego hot cell. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 58

ITER: hot cell Elementy, które mogą być radioaktywne po zetknięciu z plazmą lub zanieczyszczone substancjami trującymi (beryl) lub radioaktywnymi (tryt) będą w zamkniętych pojemnikach transportowane do hot cell. Hot cell facility - to budynek opisany poniżej. Może obsługiwać elementy do wielkości autobusu W oddzielnym budynku (130 000 m 3, pięć poziomów łącznie z piwnicą) pojemniki będą otwierane i zawartość będzie odpowiednio traktowana (oczyszczana, naprawiana, itp.) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 59

ITER: cykl paliwowy ( fuel cycle ) Paliwem ITER będzie mieszanina deuteru i trytu Po usunięciu z komory próżniowej powietrza i wszelkich zanieczyszczeń mieszanina deuteru i trytu będzie tam dostarczana dwoma sposobami: Przez silne pompy wdmuchujące gazową mieszaninę do plazmy Przez wstrzeliwanie zamrożonych kropelek ( pellets ) takiej mieszaniny z prędkością 3600 km/s Pierwszy sposób będzie zawsze stosowany na początku działania tokamaka Drugi sposób jest przewidziany głównie do opanowania lokalnych niestabilności plazmy 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 60

ITER: cykl paliwowy ( fuel cycle ) c.d. Paliwo będzie dostarczane w zamkniętym obiegu (nie zużyte zostanie zabrane z wymiennika i ponownie zastosowane po oczyszczeniu i regeneracji) Tryt z płaszcza litowego będzie dostarczany razem z deuterem do plazmy Hel będzie usuwany na zewnątrz do zbiorników 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 61

ITER: powielanie trytu ( tritium breeding ) Dla ITER można przygotować zapas trytu (T 1/2 =12,33 lat) na cały okres działania (20 lat) ale dla dalszych (przemysłowych) reaktorów konieczne będzie wytwarzanie trytu w reakcjach : gdyż około 300 gramów trytu będzie potrzebne na 1 dzień pracy 800 MW reaktora ITER będzie służył między innymi do testowania i optymalizacji takiej metody uzyskiwania trytu 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 62

ITER: plan realizacji (2006) TFC = Toroidal Field Coils, CS= Central Solenoid, PFC= Poloidal Field Coils, VV= Vacuum Vessel 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 63

ITER: plan realizacji (2010) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 64

ITER: gotowe pierwsze elementy 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 65

ITER: wymiennik divertor -podział pracy 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 66

ITER: wymiana ciepła w wymienniku JAERI (Japoński instytut) odpowiedzialny za opracowanie wymiany ciepła w wymienniku ( divertor ) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 67

ITER: testy wymiennika ( divertor ) Testowano wymianę ciepła pozytywne wyniki, lepsze niż zakładano Testowano skutki napromieniowania neutronami pozytywne wyniki przy takiej dawce jak podczas 10 lat pracy 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 68

ITER: testy wymiennika ( divertor ) c.d. Przeprowadza się testy hydrauliki, przepływów itp. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 69

ITER: testy Wykonano modele cewek elektromagnesów toroidalnych i przeprowadzono pomyślne testy w zakresie pożądanych parametrów Przeprowadzono pomyślne próby zdalnej obsługi elementów płaszcza i wymiennika 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 70

ITER: testy W Szwajcarii (Villigen) wybudowano specjalne urządzenie do testowania cewek magnesów nadprzewodzących: SULTAN=SUpra Leiter Test ANlage do wytwarzania pola do 11 T (prąd do 100 ka) pracownik 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 71

ITER: testy Skonstruowano specjalną postać przewodów ze stopu Nb 3 Sn, które spełniają wymagania techniczne 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 72

ITER: testy Dla testowania poloidalnych magnesów, które są na zewnątrz pozostałych a więc mają mniejsze pole (ok. 6 T) zbudowano specjalne urządzenie Poloidal Field Coil Insert w JAERI Naka (Japonia) - pojedynczo nawinięty solenoid ściskanie ściskanie 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 73

ITER: testy Na rysunku pokazany jest ten pojedynczo nawinięty solenoid po pierwszej fazie impregnacji (połowa długości) przed testem 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 74

ITER: testowe moduły płaszcza Przygotowuje się dwie wersje testowych modułów płaszcza (Test Blanket Modules = TBM) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 75

ITER: płaszcz i pierwsza ściana 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 76

ITER: planowane koszty Całkowity koszt został oszacowany na 3,8 miliarda Euro (w cenach z roku 2000) Procentowy udział kosztów 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 77

Działające lub planowane tokamaki 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 78

Intensywne badania dla ITER Wykorzystanie istniejących tokamaków do badań dla budowy i ulepszenia ITER, np. Tokamaki KSTAR (Korea) czy EAST (Chiny) testują ciągły reżim pracy tokamaka podczas gdy ITER ma działać pulsacyjnie Przebudowa tokamaka JT-60 w Naka (Japonia) tak by uzyskać parametry odpowiadające ITER Plany budowy tokamaka VULCAN, który przy małych rozmiarach będzie miał parametry odpowiadające ITER dzięki skalowaniu wielkości charakteryzujących reaktor do badania PMI (plasma-material-interaction), rozwoju technologii PFM (plasma-facing-materials) i badania SOL (boundary/scrape-off-layer plasma) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 79

JT-60SA: testowy tokamak dla ITER 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 80

VULCAN Cykl 5 prac w Fusion Engineering and Design 87 (2012) 201: An initial study of demountable high-temperature superconducting toroidal field magnets for the Vulcan tokamak conceptual design 215: The lower hybrid current drive system for steady-state operation of the Vulcan tokamak conceptual design 224: Vulcan: A steady-state tokamak for reactor-relevant plasma material interaction science 234: Reactor similarity for plasma material interactions in scaled-down tokamaks as the basis for the Vulcan conceptual design 248: Assessing the feasibility of a high-temperature, heliumcooled vacuum vessel and first wall for the Vulcan tokamak conceptual design 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 81

VULCAN: 201 Recent developments have made it possible to consider high-temperature superconductor (HTS) for the design of tokamak toroidal field (TF) magnet systems, potentially influencing the overall design and maintenance scheme of magnetic fusion energy devices. Initial assessments of the engineering challenges and cryogenic-dependent cost and parameters of a demountable, HTS TF magnet system have been carried out using the Vulcan tokamak conceptual design (R = 1.2m, a = 0.3 m, B0 = 7T) as a baseline. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 82

VULCAN: 201 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 83

VULCAN: 201 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 84

VULCAN: 201 c.d. The cables are constructed by layering 50 μm thick commercially available YBCO tape, and the interlocking steel support cases self align during assembly to form internal resistive joints between YBCO cables. It is found that designing the TF magnet system for operation between 10K and 20 K minimizes the total capital and operating cost. Since YBCO is radiation-sensitive, Monte Carlo simulation is used to study advanced shielding materials compatible with the small size of Vulcan. An adequate shield is determined to be 10cm of zirconium borohydride, which reduces the nuclear heating of the TF coils by a factor of 11.5 and increases the YBCO tape lifetime from two calendar years in the unshielded case to 42 calendar years in the shielded case. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 85

VULCAN: 215 c.d. The steady-state current drive system for the Vulcan tokamak concept has been designed, taking into account requirements of high field, small size, and high operational wall temperature (B0 = 7T, R0 = 1.2m, Twall > 800 K). This lower hybrid current drive system allows steady-state operation by utilizing high field side launch, high RF source frequency (8 GHz), and dedicated current drive ports. Lower hybrid current drive functions by Landau damping of the driven electrostatic wave on the fast electron distribution in the plasma (Electrostatic wave with phase velocity equal to phase velocity of particles of the plasma strongly interacts with them). Most waves can be used for this mechanism, but some are more effective given their accessibility to the core plasma and ability to damp on the fast electron distribution. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 86

VULCAN: 215 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 87

VULCAN: 215 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 88

VULCAN: 224 plasma-material interact. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 89

VULCAN: 224 c.d. PFC-poloidal field coils TFC=toroidal field coils CS=central solenoid plasma 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 90

VULCAN: 224 c.d. Diagnostic access Secondary vacuum vessel Coolant (helium) feed plasma Support leg Primary vacuum vessel 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 91

VULCAN: 234 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 92

VULCAN: 248 Toroidal field coils Top of the secondary V V Primary V V secondary V V 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 93

VULCAN: 248 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 94

VULCAN: 248 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 95

VULCAN: 248 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 96

VULCAN: 248 c.d. (divertor) W (tungsten) plasma facing components (PFC) Cooling system (helium) 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 97

VULCAN: 248 c.d. 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 98

Czas uwięzienia plazmy w reaktorach 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 99

DEMO= DEMOnstration power plant Na podstawie doświadczeń wykonanych przy pomocy ITER ma powstać pierwszy fuzyjny reaktor o mocy ok. 2 GW wytwarzający energię elektryczną w sposób ciągły DEMO ma pracować 20 lat i ma być pierwszym komercyjnym reaktorem termojądrowym Na jego podstawie mają być budowane następne reaktory o mocy 3 4 GW Zakłada się ciągłe podtrzymywanie reakcji fuzji. Dotychczasowy rekord uzyskał tokamak TORE SUPRA Cadarache: 4,5 minuty przy mocy 3 MW. Wynik otrzymano w 2002 r. przy chłodzeniu wodą reaktora i stosowaniu nadprzewodzących magnesów 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 100

Droga do DEMO 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 101

DEMO= DEMOnstration power plant Schemat działania DEMO 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 102

Przewidywane koszty elektryczności Cena elektryczności z fuzji jądrowej 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 103

Ilość paliwa i odpady Około 150 kg deuteru i 2000-3000 kg litu potrzebne na roczną produkcję elektryczności dla 1 miliona odbiorców indywidualnych Odpady po 100 latach (tony) łącznie z materiałami konstrukcyjnymi 2012-06-07 Reakcje termojądrowe - B.Kamys 104